張學榮¹，王風萍²，陳志梅²

（1.大同供電局，山西 大同 037000；2.太原供電局，山西 太原 030012）

 　　摘　要：從工程的角度對中壓配電變壓器位置優(yōu)化規(guī)劃方法進行了研究，提出一種較為科學的配電變壓器優(yōu)化方法。通過在一個區(qū)域內分析多種可選的配電變壓器配置方式，并對每一種方式計算相應的網絡狀態(tài)指標（包括由此產生的中壓網壓降與電能損耗等），利用狀態(tài)指標參數(shù)作為懲罰因子并與相關的網絡改造建設費用一起構成求解的網絡目標函數(shù)，進而在各種可行方式中得出一種最佳的配電變壓器配置方案。這一方法的目的是在眾多配變可選配置方式中找到一個具有網絡建設改造綜合投資省并且線路運行壓降小、網損低的特點的方案。這一思路不僅可用于配電變壓器的優(yōu)化規(guī)劃，而且還可在配網優(yōu)化中加以借鑒。此方法在一個樣例系統(tǒng)中進行了使用，結果令人滿意。
　　關鍵詞：配電網規(guī)劃；配電變壓器；整數(shù)規(guī)劃；懲罰因子

0 引言

　　通常來說，在配電系統(tǒng)規(guī)劃過程中，無論是分別獨立地對變電站及配電網絡進行優(yōu)化還是將二者結合起來統(tǒng)籌考慮，對于中壓配電變壓器常常由于其重要性程度相對較低而被忽視。常見的做法是參照區(qū)域負荷容量的大小將配電變壓器人為置于負荷中心，并指定它們在網絡中的接入形式，這樣實際是忽略了配電變壓器配置方式的不同對網絡的影響。但是由于系統(tǒng)中配變的容量等級變化范圍較大，一般從50~630 kVA不等，不同容量的配變對網絡供電情況的影響是不同的，比如同一區(qū)域采用小容量配變的布置形式會使得布點個數(shù)增多，中壓網絡規(guī)模相對增大，綜合線損一般相對降低；而采用大容量配變的形式結果則相反。在中、長期配網規(guī)劃中，由于配變可能的配置方式較多，對于規(guī)劃人員如何在若干可供選擇的方式中考慮適當?shù)呐渥儼惭b容量和網絡接入形式并不是一個易于解決的問題。
　　本文中提出的優(yōu)化算法在一定程度上考慮了配變布置與配網間的相互關系，能夠在若干配變可行配置方案中得到一個綜合指標較優(yōu)的結果。在進行計算之前，首先需要將整個規(guī)劃區(qū)域依地理環(huán)境或供電狀況劃分為若干分區(qū)，在每個分區(qū)內部如果配網供電能力足夠滿足未來負荷發(fā)展的要求，則規(guī)劃問題簡化為對分區(qū)內配變位置與容量的優(yōu)化（出于進一步化簡的考慮，這里僅僅就配變及中壓網絡的情況進行分析，而忽略低壓網的影響）；反之，若負荷發(fā)展超出已有網絡供電能力，則規(guī)劃問題轉到下一步，進行對已有網絡供電能力的擴充與在這基礎上的配變位置及容量的優(yōu)化。
　　本文算法主要針對在規(guī)劃分區(qū)內有多種可行配變布置方式和網絡聯(lián)結形式的條件下，如何從中選擇一種最優(yōu)解決方案來進行網絡擴建。這樣，規(guī)劃人員可依此對逐個分區(qū)加以分析決策，而得到整個網絡的規(guī)劃結果。這里各供電區(qū)域的劃分一般依地理位置或習慣人為劃定。

1　算法
　　整個計算流程包括3個步驟：① 優(yōu)化準備； ② 計算方案的運行指標懲罰因子； ③ 構造目標函數(shù)進行優(yōu)化計算。
　　其中在步驟①需要進行規(guī)劃區(qū)域的劃分、計算每個分區(qū)內的未來負荷需求以及給出可能的配變布置形式與網絡聯(lián)結形式，這是后面的兩個步驟的基礎。

1.1步驟①優(yōu)化準備
　　將整個規(guī)劃區(qū)域劃分為若干分區(qū)，分別預測每個分區(qū)內的未來負荷發(fā)展水平，并考察分區(qū)內已有配變的供電能力是否能滿足未來負荷的需求。對于那些現(xiàn)有配變無法滿足負荷需求的分區(qū)，需要提供新加配變的可能安裝位置（可以根據分區(qū)內的建筑情況指定，通常較實際所需為多）以及與網絡的可行聯(lián)結形式。注意由于一般每個分區(qū)由多條線路甚至多個變電站供電，因而這里的可行網絡聯(lián)結形式常常有多種。同樣，對于每個配變的可能安裝位置上，也會有多種可行的配變容量配置方式。這樣，在一個分區(qū)內可行的配網建設方案數(shù)目一般是以乘積的形式迅速膨脹的。
　　上述分析可以描述為：對于每個可能的配變安裝位置，存在若干種配變容量選擇，對每種配變容量選擇又存在若干種網絡聯(lián)結形式。例如，對于配變安裝位置l，存在的可能網絡接線數(shù)NMl為：
　
其中：NLl為 位置l處配變可能的安裝容量個數(shù)；Ml為位置l處配變可能的網絡聯(lián)結形式個數(shù)；L為分區(qū)內配變可能的布置位置個數(shù)。
　　分區(qū)內總的網絡建設方案數(shù)為：
　
　　確定是否在所計算分區(qū)內需要新加配變的過程如下:
　
其中：y為分區(qū)序號；e為分區(qū)現(xiàn)有配變序號；為第e臺現(xiàn)有配變供電負荷上限；NE_y為y分區(qū)中現(xiàn)有配變總數(shù)；P_y為現(xiàn)狀年y分區(qū)負荷；a_y為y分區(qū)負荷的年增長率；AN為規(guī)劃年數(shù)；f_y為y分區(qū)配變負荷同時率。
　　對各規(guī)劃分區(qū)根據式（3）可確定是否需要新上配變，以及需要新上多少容量的配變。如果由式（3）中計算出的未來負荷預測值超過現(xiàn)有分區(qū)內總配變供電能力上限，則需要考慮在分區(qū)中新加配變，否則即分區(qū)中現(xiàn)有配變已可滿足未來負荷需求，無需新上配變。

1.2步驟②計算方案的運行指標懲罰因子
　　上述步驟①確定了在規(guī)劃分區(qū)內的多種可行配變及網絡布置形式，在步驟②中則對于每種形式分別進行潮流分析得到相應的狀態(tài)懲罰因子，換句話說是得到各種布置方式對配網正常運行影響程度大小的度量。
　　對于方案進行潮流分析可以得到節(jié)點電壓降與支路潮流的分布，將這一結果作為每種方案的狀態(tài)指標。狀態(tài)指標包括節(jié)點電壓水平與設備負載水平，由此可以量化新加配變的各種配置方式對配網的影響。當然，首先將所有造成配網指標越限（如壓降過大或設備過載）的方案剔除出去。在余下的方案中，每一個的懲罰因子KF_i計算如下，